Les polymères conducteurs composites présentent des propriétés thermoélectriques qui en font une solution prometteuse, peu coûteuse, propre et efficace pour la récupération de pertes de chaleur. L’objet de cette thèse est l’étude des propriétés de composites nanostructurés à base de polyaniline (PANI) en fonction de la concentration en nanoobjets: nanotubes de carbone (1-D) et oxyde de graphène réduit (RGO) (2-D). Leur structure et morphologie ont été étudiées par MEB, MET, diffraction des rayons X et diffusion Raman. Les conductivités électrique et thermique, le coefficient Seebeck, la figure de mérite thermoélectrique ZT, ont été mesurés. La conductivité électrique montre une augmentation importante avec la concentration en charges alors que la conductivité thermique ne croît que légèrement, ceci améliore ZT de plusieurs ordres de grandeur. L’effet de la dimensionnalité des charges a été mis en évidence. Mais quelle que soit cette dimension, la conductivité électrique contrairement à la conductivité thermique, suit un comportement de percolation à travers un processus de conduction à 2-D. Ce comportement a été également observé pour la capacité thermique volumique des nanohybrides PANI/RGO ce qui en fait des candidats potentiels dans le domaine des matériaux à haute capacité thermique. Leur facteur de stockage de chaleur est traité avec un nouveau modèle analytique. Les échantillons de PANI/RGO ont été étudiés par spectroscopie diélectrique à différentes températures. Les résultats font apparaître un phénomène intéressant de piégeage de charges à l’interface PANI/RGO qui pourrait trouver des applications dans les supercondensateurs et les mémoires électroniques. / Conducting polymer nanocomposites exhibit for instance interesting thermoelectric properties which make them a promising, inexpensive, clean and efficient solution for heat waste harvesting. This thesis reports on properties of polyaniline (PANI) nanostructured composites as a function of various carbonaceous nano-fillers content such as carbon nanotubes (1-D), and 2-D reduced graphene oxide (RGO). SEM, TEM, X-ray diffraction, and Raman spectroscopy have been employed to investigate their structure and morphology. Electrical and thermal conductivity, Seebeck coefficient, and thermoelectric figure of merit (ZT) have been systematically performed. An important increase of electrical conductivity has been observed with increasing filler fraction whereas thermal conductivity only slightly increases, which enhances ZT of several orders of magnitude. Fillers dimension effect is evidenced, but, whatever this dimension, it is shown that, in contrast with thermal conductivity, electrical conductivity follows a percolation behavior through 2D conduction process. This behavior is also observed in the case of the volumetric heat capacity of PANI/RGO nanohybrids which make them potential candidates as high heat capacitive materials. For the first time their heat storage factor is assessed with a new analytical model proposed in this study. The PANI/RGO samples have also been investigated by Dielectric Spectroscopy at different temperatures. Results evidence an interesting charge trapping phenomenon occurring at the PANI/RGO interface which might find promising applications in supercapacitors or gate memory devices.

Rapporten är en utvärdering av möjligheten att generera elektrisk energi från fjärrvärme med Seebeck-effekten och görs på uppdrag av Skellefteå Kraft. Kursen är examensarbete för högskoleingenjörsexamen i Elkraftteknik, 5EL210 vid institutionen tillämpad fysik och elektronik på Umeå Universitet under vårterminen 2014.En termoelektrisk generator fungerar enligt Seebeck-effekten och genererar en elektrisk spänning som är linjär mot temperaturskillnaden mellan sina två metallytor. För att få en temperaturskillnad så krävs ett kylmedium vilket skapar ett värmeflöde från den varma energikällan till kylmediumet. Utan kylmediumet så kommer temperaturerna gå mot samma värde. Ett kylmedium kan till exempel vara snö, markgrunden eller vattenradiatorer. Eftersom en termoelektrisk generator är väldigt ineffektiv så lämpar det sig inte att använda markgrunden eller snö som kylmedium för att endast generera upp till 4% el av den tillförda värmeenergin och resten går till förluster. Av denna anledning valdes radiatorerna i villan som kylmedium för detta examensarbete.En teoretisk experimentuppställning gjordes med 16 stycken termoelektriska generatorer. Resultatet visade att värmeöverföringen genom de termoelektriska generatorerna begränsades till ca. 250W värmeenergi. Med relativt låga temperaturer så är effektiviteten endast 2% vilket genererar ca. 5W elektrisk energi.Slutsatsen är att med denna experimentuppställning så genereras inte tillräckligt med energi för att driva en cirkulationspump. Effektiviteten av de termoelektriska generatorerna är för dålig och de leder värme dåligt på grund av dess höga termiska resistans.

O presente trabalho investiga o fenômeno termodifusivo em dispersões coloidais de nanopartículas magnéticas de óxidos de ferro em água (ferrofluidos), com a formação de dupla camada elétrica em torno das partículas. A estabilidade da partícula em solução é controlada pela concentração de íons. Ao estabelecer uma diferença de temperatura através da amostra líquida, ocorre o efeito de termodifusão (efeito Soret) das partículas e de íons em solução. Este efeito é o movimento das partículas para o lado frio ou quente do gradiente de temperatura. O acúmulo para um dos lados do gradiente de temperatura depende das características da solução. O efeito Soret de ferrofluidos em soluções ácidas e básicas é descrito a partir da determinação experimental das grandezas físicas envolvidas na difusão das partículas. O coeficiente Soret ST e o coeficiente de difusão são determinados em experimentos ópticos de lente de matéria, utilizando o aparato experimental de Varredura-Z, e de espalhamento Rayleigh forçado para termodifusão. Para investigar a resposta dos íons ao gradiente de temperatura, são realizadas medidas do potencial termoelétrico em uma célula termoelétrica, gerado a partir da difusão das cargas dispersas no líquido. O potencial superficial das partículas também é investigado experimentalmente, para descrever a interação das partículas com o campo termoelétrico. Os experimentos são realizados em função da temperatura da amostra e usados para descrever os resultados ST(T) das partículas, a partir de equações dos principais modelos teóricos. Os resultados mostram as diferenças e semelhanças do efeito Soret das nanopartículas em soluções ácidas e básicas, e que em ambos os casos a termodifusão de nanopartículas reflete o comportamento termodifusivo dos íons dispersos em solução. / This work investigates the thermal diffusion phenomena in colloidal dispersions of iron oxide magnetic nanoparticles dispersed in water (ferrofluid). The particles are stable in water due to electrical double layer around the particles, controlled by the ionic concentration. A temperature gradient throughout the ferrofluid sample causes the thermodiffusion (Soret effect) of dispersed particles and ions. This effect is the movement of particles to the cold or hot side of the temperature gradient. The particles migration for a given side depends on the characteristics of the sample. The Soret effect of ferrofluids in acidic and basic solutions is described by the experimental measurements of the physical parameters associated to particles diffusion. The Soret coefficient ST and the mass diffusion coefficient are measured in the matter lens experiment in the Z-scan experimental setup, and by the use of Thermal Diffusion Forced Rayleigh Scattering experiments. Concerning the ionic response to the temperature gradient the thermoelectric field generated by charges diffusion is measured in a thermoelectric cell. The surface potential of the particles is also measured to describe its interactions with the thermoelectric field. These experiments are made as function of the temperature of the sample and the results are applied to describe the ST(T) of particles by the use of equations from the main theoretical models. The results show differences and resemblances of the Soret effect in acidic and basic nanoparticles solutions. In both kind of solutions the thermodiffusion of nanoparticles is mainly ruled by the thermodiffusion of ions dispersed in solution.

O presente trabalho investiga o fenômeno termodifusivo em dispersões coloidais de nanopartículas magnéticas de óxidos de ferro em água (ferrofluidos), com a formação de dupla camada elétrica em torno das partículas. A estabilidade da partícula em solução é controlada pela concentração de íons. Ao estabelecer uma diferença de temperatura através da amostra líquida, ocorre o efeito de termodifusão (efeito Soret) das partículas e de íons em solução. Este efeito é o movimento das partículas para o lado frio ou quente do gradiente de temperatura. O acúmulo para um dos lados do gradiente de temperatura depende das características da solução. O efeito Soret de ferrofluidos em soluções ácidas e básicas é descrito a partir da determinação experimental das grandezas físicas envolvidas na difusão das partículas. O coeficiente Soret ST e o coeficiente de difusão são determinados em experimentos ópticos de lente de matéria, utilizando o aparato experimental de Varredura-Z, e de espalhamento Rayleigh forçado para termodifusão. Para investigar a resposta dos íons ao gradiente de temperatura, são realizadas medidas do potencial termoelétrico em uma célula termoelétrica, gerado a partir da difusão das cargas dispersas no líquido. O potencial superficial das partículas também é investigado experimentalmente, para descrever a interação das partículas com o campo termoelétrico. Os experimentos são realizados em função da temperatura da amostra e usados para descrever os resultados ST(T) das partículas, a partir de equações dos principais modelos teóricos. Os resultados mostram as diferenças e semelhanças do efeito Soret das nanopartículas em soluções ácidas e básicas, e que em ambos os casos a termodifusão de nanopartículas reflete o comportamento termodifusivo dos íons dispersos em solução. / This work investigates the thermal diffusion phenomena in colloidal dispersions of iron oxide magnetic nanoparticles dispersed in water (ferrofluid). The particles are stable in water due to electrical double layer around the particles, controlled by the ionic concentration. A temperature gradient throughout the ferrofluid sample causes the thermodiffusion (Soret effect) of dispersed particles and ions. This effect is the movement of particles to the cold or hot side of the temperature gradient. The particles migration for a given side depends on the characteristics of the sample. The Soret effect of ferrofluids in acidic and basic solutions is described by the experimental measurements of the physical parameters associated to particles diffusion. The Soret coefficient ST and the mass diffusion coefficient are measured in the matter lens experiment in the Z-scan experimental setup, and by the use of Thermal Diffusion Forced Rayleigh Scattering experiments. Concerning the ionic response to the temperature gradient the thermoelectric field generated by charges diffusion is measured in a thermoelectric cell. The surface potential of the particles is also measured to describe its interactions with the thermoelectric field. These experiments are made as function of the temperature of the sample and the results are applied to describe the ST(T) of particles by the use of equations from the main theoretical models. The results show differences and resemblances of the Soret effect in acidic and basic nanoparticles solutions. In both kind of solutions the thermodiffusion of nanoparticles is mainly ruled by the thermodiffusion of ions dispersed in solution.

Submitted by Larissa Vitoria Cardoso Cusielo (larissavitoria@id.uff.br) on 2017-02-23T18:25:33Z No. of bitstreams: 3 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) DISSERTAÇÃO FINAL.pdf: 2646668 bytes, checksum: fc35cc0a8a8c5fd607392d6b356189fa (MD5) PRODUTO FINAL.pdf: 869540 bytes, checksum: 3ef0beb49ceaacec50da97f14b0be260 (MD5) / Rejected by Biblioteca do Aterrado BAVR (bavr@ndc.uff.br), reason: oi on 2017-05-22T16:24:56Z (GMT) / Submitted by Larissa Vitoria Cardoso Cusielo (larissavitoria@id.uff.br) on 2017-05-22T17:10:28Z No. of bitstreams: 3 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) DISSERTAÇÃO FINAL.pdf: 2646668 bytes, checksum: fc35cc0a8a8c5fd607392d6b356189fa (MD5) PRODUTO FINAL.pdf: 869540 bytes, checksum: 3ef0beb49ceaacec50da97f14b0be260 (MD5) / Approved for entry into archive by Biblioteca do Aterrado BAVR (bavr@ndc.uff.br) on 2017-08-21T15:42:31Z (GMT) No. of bitstreams: 3 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) DISSERTAÇÃO FINAL.pdf: 2646668 bytes, checksum: fc35cc0a8a8c5fd607392d6b356189fa (MD5) PRODUTO FINAL.pdf: 869540 bytes, checksum: 3ef0beb49ceaacec50da97f14b0be260 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-21T15:42:31Z (GMT). No. of bitstreams: 3 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) DISSERTAÇÃO FINAL.pdf: 2646668 bytes, checksum: fc35cc0a8a8c5fd607392d6b356189fa (MD5) PRODUTO FINAL.pdf: 869540 bytes, checksum: 3ef0beb49ceaacec50da97f14b0be260 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Ciências Exatas. Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física. Volta Redonda,RJ / Diante da situação atual da educação brasileira, principalmente na área das ciências naturais e suas tecnologias, mais pontualmente em física, é inquestionável a necessidade de novas abordagens, novas práticas capazes de levar a uma potencial aprendizagem significativa. Neste trabalho, após discutir a atual crise na educação e o aparecimento de novas metodologias, enfatizamos a importância da experimentação no ensino de física e como essa prática é justificada pela teoria sócio-histórica de Vygotsck. Em seguida, sugerimos como inovação, o uso das partilhas termopar nas atividades experimentais de termologia, que além de tornarem esses experimentos mais seguros e baratos, ainda torna conhecido um dispositivo presente em diversos aparelhos de nosso dia a dia, como bebedouros, por exemplo; permitindo também o aprofundamento em vários conceitos de termologia e eletricidade, a partir do conhecimento de um efeito já conhecido desde o século XIX, mas ainda ignorado pela maioria dos professores de física. Após apresentar as pastilhas e descrever umas práticas que foram muito bem sucedidas, deixaremos uma apostila para auxiliar os professores que resolvam utilizá-las. / Due to current situation of brasilian education in Natural Sciences area and their Technologies, more punctually in phisics, it is unquestionable the need for new approaches, new practices able to lead to a true meaningfull learning. In this work, after discussing their current crisis in education and the emergence of new methodologies, emphasizes the importance of experimentation in teaching of phisics and how this practice is justified by the theory of the Vygotsck. And then I suggest as innovation the use of thermocouples in thermology experimental activities, which in addiction make these experiments safer and cheaper and still, becomes a known device present in various devices in our daily life like water fouintains, for example; also allowing the deepening in various concepts from thermology and electricity, from the knowledge of an effect that has been known since the nineteen century, but still ignored by most physics teachers. After presenting the thermocouples and describe their practices were very successful, I leave a handout to support teachers who want to use them.

Atualmente um dos grandes responsáveis pela emissão de CO2 (Dióxido de Carbono) são os veículos movidos a motor de combustão interna, em sua maioria os automóveis. Pesquisas recentes têm mostrado maneiras de aumentar a eficiência dos automóveis por meio do aproveitamento do calor de exaustão para geração de energia elétrica, com consequente redução no consumo de combustível. Esta dissertação tem por objetivo apresentar um estudo de viabilidade técnica de um gerador termoelétrico aproveitando o calor residual dos gases de exaustão de um motor de combustão interna para geração de energia elétrica. O trabalho apresenta o modelamento matemático e a implementação de um protótipo para realização dos ensaios para a obtenção de resultados experimentais. O protótipo foi montado utilizando módulos termolétricos cujo princípio de funcionamento é baseado nos efeitos Seebeck e Peltier, que devido ao conceito de reversibilidade podem funcionar como geradores elétricos, aquecedores ou refrigeradores. Por meio das equações teóricas e dos resultados dos ensaios experimentais foi possível avaliar o desempenho do sistema de geração de energia elétrica, determinar o comportamento dos principais parâmetros envolvidos e finalmente concluir sobre a exequibilidade e viabilidade do projeto. / Currently one of the most responsible for CO2 (Carbon Dioxide) emissions are vehicles powered by internal combustion engine, in their majority the automobiles. Recent research has shown ways to improve the efficiency of automobiles through the use of exhaust heat to generate electric power, with consequent reduction in fuel consumption. This paper aims to present a technical feasibility study of a thermoelectric generator using the residual heat from exhaust gases of an internal combustion engine to generate electric power. The paper presents the mathematical modeling and implementation of a prototype for tests to obtaining experimental results. The prototype was assembled using thermoelectric modules whose operating principle is based on the phenomena called Seebeck and Peltier Effects, which due to the concept of reversibility can act as electric generators, heaters or coolers. Through the theoretical equations and experimental results it was possible to evaluate the performance of electric power generation system, determine the behavior of the main parameters and finally conclude on the feasibility and viability of the project.

According to different sources, from forty to sixty percent of the overall energy generated in the world today is squandered in waste heat. The existing energy conversion technologies are either close to their efficiency limits or too costly to justify their implementation. Therefore, the development of new technological approaches for waste heat recovery is highly demanded. The field of thermoelectrics can potentially provide an inexpensive, clean and efficient solution to waste heat underutilization, given that a new type of thermoelectric materials capable of meeting those requirements are available. This thesis reports on strategies to optimize a thermoelectric efficiency (ZT) of conducting polymers, more specifically poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (Pedot). Conducting polymers constitute a special class of semiconductors characterized by low thermal conductivity as well as electrical conductivity and thermopower that can be readily modified by doping in order to achieve the best combination of thermoelectric parameters. Conducting polymers that have never previously been regarded as hypothetically compatible for thermoelectric energy conversion, can exhibit promising thermoelectric performance at moderate temperatures, which is a sought-after quality for waste heat recovery. A rather substandard thermoelectric efficiency of Pedot-Pss can be markedly improved by various secondary dopants whose addition usually improves polymer’s morphology accompanied by a drastic increase in electrical conductivity and, consequently, in ZT. In order to enable further enhancement in thermoelectric properties, the optimization of the charge carrier concentration is commonly used. The oxidation level of Pedot-Pss can be precisely controlled by electrochemical doping resulting in a tenfold increase of ZT. In contrast to Pedot-Pss, another conducting polymer Pedot-Tos exhibits superior thermoelectric performance even without secondary doping owning to its partially crystalline nature that allows for an improved electronic conduction. With the aid of a strong electron donor, positively doped Pedot-Tos gets partially reduced reaching the optimum oxidation state at which its thermoelectric efficiency is just four times smaller than that of Be2Te3 and the highest among all stable conducting polymers. The downsides associated with chemical doping of Pedot-Tos such as doping inhomogeneity or chemical dopants air sensitivity can be surmounted if the doping level of Pedot-Tos is controlled by acidity/basicity of the polymer. This approach yields similar maximum thermoelectric efficiency but does not necessitate inert conditions for sample preparation. Optimized Pedot-Tos/Pedot-Pss can be functionalized as a p-type material in organic thermogenerators (OTEG) to power low energy electronic devices. If printed on large areas, OTEGs could be used as an alternative technique for capturing heat discarded by industrial processes, households, transportation sector or any natural heat sources for electricity production.

Due to their small size and ectothermic biology, the heat production of insects and insect larvae is hard to quantify. However, knowing the amount of heat production, as well as ammonia production of insects may be beneficial for commercial production of valuable insect species. Black soldier fly larvae (BSFL) are of interest in the agricultural industry because they quickly consume organic waste and have high amounts of protein and fat in their bodies. It has been proposed that BSFL be used to manage livestock waste, while serving as a high-protein feed source for livestock animals. To efficiently rear BSFL, it is necessary to design rearing facilities, which maintain optimal conditions for the larvae. To design such a facility, it is necessary to know the amount of heat and ammonia that BSFL produce. A gradient calorimeter was used to measure the heat and ammonia production rates of black soldier fly larvae. The study determined that BSFL heat production changes significantly with the age and weight of the larvae. Aggregations produce the most total heat when larvae are older and larger. The study also found that larvae produce less heat per individual and per gram of body weight as they grow. Larvae also produce significantly different amounts of heat depending on the size of the groups they are in, and do not produce consistent amounts of heat per individual or per gram of body weight, even if maintained at a consistent population density. Larvae in group sizes of 100, 300, and 500 produced an average and standard deviation of 0.00107±0.000295, 0.00067±0.00014, and 0.00049±0.00020 W/larva, respectively. Likewise, larvae in groups of 100, 300 and 500 produced an average of 0.01826±0.00010, 0.01023±0.00565, and 0.00575±0.00371 W/g, respectively. The differences in heat produced per individual and per gram is troublesome when trying to estimate a total heat production for large populations. The largest heat production rate observed in this study was 0.407 W, and was produced by a group of 500 BSFL. Frass analysis indicated that between 4.80 and 7.79 lbs of ammoniacal-nitrogen is emitted for every ton of frass produced. These data could be used to estimate the total heat and ammonia produced from a larger population of BSFL being reared inside a closed facility, allowing engineers to design HVAC systems to keep the larvae at their optimal growing condition year-round. Placing BSFL rearing accommodations at livestock facilities could be beneficial to livestock, poultry, and fishery producers, because BSFL can be used to dispose of animal wastes and are also a good source of protein-rich animal feed.

The discovery of the Giant Magneto Resistance (GMR) effect in 1988 by Albert Fert [Baib 88] and Peter Grünberg [Bina 89] led to a rapid development of the field of spintronics and progress in the information technology. Semiconductor based spintronics, which appeared later, offered a possibility to combine storage and processing in a single monolithic device. A direct result is reduced heat dissipation. The observation of the spin Seebeck effect by Ushida [Uchi 08] in 2008 launched an increased interest and encouraged research in the field of spin caloritronics. Spintronics is about the coupling of charge and spin transport. Spin caloritronics studies the interaction between heat and spin currents. In contrast to spintronics and its variety of applications, a particular spin-caloritronic device has not yet been demonstrated. However, many of the novel phenomena in spin caloritronics can be detected in most spintronic devices. Moreover, thermoelectric effects might have a significant influence on spintronic device operation. This will be of particular interest for this work. Additional knowledge on the principle of coupling between heat and spin currents uncovers an alternative way to control heat dissipation and promises new device functionalities. This thesis aims to further extend the knowledge on thermoelectrics in materials with strong spin-orbit coupling, in this case the prototypical ferromagnetic semiconductor (Ga,Mn)As. The study is focused on the thermoelectric / thermomagnetic effects at the interface between a normal metal and the ferromagnetic (Ga,Mn)As. In such systems, the different interfaces provide a condition for minimal phonon drag contribution to the thermal effects. This suggests that only band contributions (a diffusion transport regime) to these effects will be measured. Chapter 2 begins with an introduction on the properties of the studied material system, and basics on thermoelectrics and spin caloritronics. The characteristic anisotropies of the (Ga,Mn)As density of states (DOS) and the corresponding magnetic properties are described. The DOS and magnetic anisotropies have an impact on the transport prop- erties of the material and that results in effects like tunneling anisotropic magnetores- istance (TAMR) [Goul 04]. Some of these effects will be used later as a reference to the results from thermoelectric / thermomagnetic measurements. The Fingerprint tech- nique [Papp 07a] is also described. The method gives an opportunity to easily study the anisotropies of materials in different device geometries. Chapter 3 continues with the experimental observation of the diffusion thermopower of (Ga,Mn)As / Si-doped GaAs tunnel junction. A device geometry for measuring the diffusion thermopower is proposed. It consists of a Si - doped GaAs heating channel with a Low Temperature (LT) GaAs / (Ga,Mn)As contact (junction) in the middle of the channel. A single Ti / Au contact is fabricated on the top of the junction. For transport characterization, the device is immersed in liquid He. A heating current technique is used to create a temperature difference by local heating of the electron system on the Si:GaAs side. An AC current at low frequency is sent through the channel and it heats the electron population in it, while the junction remains at liquid He temperature (experimentally con- firmed). A temperature difference arises between the heating channel and the (Ga,Mn)As contact. As a result, a thermal (Seebeck) voltage develops across the junction, which we call tunnelling anisotropic magneto thermopower (TAMT), similar to TAMR. TAMT is detected by means of a standard lock-in technique at double the heating current frequency (at 2f ). The Seebeck voltage is found to be linear with the temperature difference. That dependence suggests a diffusion transport regime. Lattice (phonon drag) contribution to the thermovoltage, which is usually highly nonlinear with temperature, is not observed. The value of the Seebeck coefficient of the junction at 4.2 K is estimated to be 0.5 µV/K. It is about three orders of magnitude smaller than the previously reported one [Pu 06]. Subsequently, the thermal voltage is studied in external magnetic fields. It is found that the thermopower is anisotropic with the magnetization direction. The anisotropy is explained with the anisotropies of the (Ga,Mn)As contact. Further, switching events are detected in the thermopower when the magnetic field is swept from negative to positive fields. The switchings remind of a spin valve signal and is similar to the results from previous experiments on spin injection using a (Ga,Mn)As contacts in a non-local detection scheme. That shows the importance of the thermoelectric effects and their possible contribution to the spin injection measurements. A polar plot of the collected switching fields for different magnetization angles reveals a biaxial anisotropy and resembles earlier TAMR measurements of (Ga,Mn)As tunnel junction. A simple cartoon model is introduced to describe and estimate the expected thermopower of the studied junction. The model yields a Fermi level inside of the (Ga,Mn)As valence band. Moreover, the model is found to be in good agreement with the experimental results. The Nernst effect of a (Ga,Mn)As / GaAs tunnel junction is studied in Chapter 4. A modified device geometry is introduced for this purpose. Instead of a single contact on the top of the square junction, four small contacts are fabricated to detect the Nernst signal. A temperature difference is maintained by means of a heating current technique described in Chapter 3. A magnetic field is applied parallel to the device plane. A voltage drop across two opposite contacts is detected at 2f. It appears that a simple cosine function with a parameter the angle between the magnetization and the [100] crystal direction in the (Ga,Mn)As layer manages to describe this signal which is attributed to the anomalous Nernst effect (ANE) of the ferromagnetic contact. Its symmetry is different than the Seebeck effect of the junction. For the temperature range of the thermopower measurements the ANE coefficient has a linear dependence on the temperature difference (∆T). For higher ∆T, a nonlinear dependence is observed for the coefficient. The ANE coefficient is found to be several orders of magnitude smaller than any Nernst coefficient in the literature. Both the temperature difference and the size of the ANE coefficient require further studies and analysis. Switching events are present in the measured Nernst signal when the magnetic field is swept from positive to negative values. These switchings are related to the switching fields in the ferromagnetic (Ga,Mn)As. Usually, there are two states which are present in TAMR or AMR measurements - low and high resistance. Instead of that, the Nernst signal appears to have three states - high, middle and low thermomagnetic voltage. That behaviour is governed not only by the magnetization, but also by the characteristic of the Nernst geometry. Chapter 5 summarizes the main observations of this thesis and contains ideas for future work and experiments. / Die Entdeckung des Riesenmagnetowiderstands (GMR)-Effekts im Jahr 1988 von Albert Fert [Baib 88] und Peter Grünberg [Bina 89] führte zu einer raschen Entwicklung auf dem Gebiet der Spintronik und damit zu Fortschritten in der Informations-Technologie. Der darauf aufbauende Bereich der halbleiterbasierten Spintronik bietet darüber hinaus Möglichkeiten Speicherung und Datenverarbeitung in einem einzigen monolithischen Bauteil zu kombinieren. Eine direkte Folge davon ist eine reduzierte Wärmeableitung. Die Beobachtung des Spin-Seebeck-Effekts von Uchida [Uchi 08] im Jahr 2008 brachte ein erhöhtes Interesse hervor und führte zur Forschung im Bereich der Spin-Caloritronics. Während in der Spintronik die Kopplung von Ladungs-und Spintransport untersucht wird, liegt der Fokus der Spin-Caloritronics auf der Wechselwirkungen zwischen Wärme-und Spinstr¨omen. Im Unterschied zur Spintronik mit ihrer Vielzahl von Anwendungen wurde ein reines Spin-Caloritronics Bauteil noch nicht realiziert. Doch viele der neuen Phänomene in der Spin-Caloritronics können in den meisten Spintronik-Bauteilen auftreten. Darüber hinaus könnten thermoelektrische Effekte einen wesentlichen Einfluss auf den Betrieb der Spintronik-Bauteile haben. Dieser Punkt wird von besonderem Interesse für diese Arbeit sein. Tieferes Verständnis der Prinzipien der Kopplung zwischen Wärme- und Spinströmen kann einen alternativen Weg aufzeigen um die Wärmeableitung zu kontrollieren und verspricht neue Funktionalitäten. Diese Dissertation zielt darauf ab die Kenntnisse über die Thermoelektrik in Materialien mit starker Spin-Bahn-Wechselwirkung zu erweitern, in diesem Fall der prototypische ferromagnetische Halbleiter (Ga,Mn)As. Die Untersuchungen konzentrieren sich auf die thermoelektrischen und -magnetischen Effekte an der Grenzfläche zwischen einem normalen Metall und dem ferromagnetischen (Ga,Mn)As. In solchen Systemen führen die unterschiedlichen Grenzflächen zu einem minimalen Beitrag des Phonon-Drags zu den thermischen Effekten. Dies legt nahe, dass nur Bandbeiträge (ein Diffusionstransport- Regime) auf diese Effekte gemessen werden. Kapitel 2 beginnt mit einer Einführung über die Eigenschaften der untersuchten Materialsysteme, Grundlagen der Thermoelektrik und Spin-Caloritronics. Die charakteristischen Anisotropien der Zustandsdichte (DOS) von (Ga,Mn)As und die dadurch entstehenden magnetischen Eigenschaften werden beschrieben. Die DOS und die magnetische Anisotropie haben einen Einfluss auf die Transporteigenschaften des Materials und führen zu Effekten wie dem anisotropen Tunnelmagnetowiderstand (TAMR) [Goul 04]. Einige dieser Effekte werden im Weiteren als eine Referenz für die Ergebnisse der thermoelektrischen und magnetischen Messungen verwendet. Die Anisotropie- Fingerprintabduck-Technik [Papp 07a] wird ebenfalls beschrieben. Die Methode bietet die Möglichkeit, die Material-Anisotropien in verschiedenen Geometrien einfach zu unter- suchen. Kapitel 3 schließt sich mit der experimentellen Beobachtung der Diffusions - Thermospannung an einer (Ga,Mn)As / Si-dotierten GaAs-Tunnelübergang an. Eine Bauteilgeometrie zur Messung der Diffusions-Thermospannung wird vorgeschlagen. Sie besteht aus einem Si-dotierten GaAs-Heiz-Kanal mit einem GaAs/(Ga,Mn)As-Kontakt in der Mitte des Kanals. Ein einzelner Ti/Au-Kontakt wird an der Oberseite des Übergangs aufgebracht. Die Charakterisierung der Probe erfolgt bei 4.2 K. Ein Wechselstrom mit niedriger Frequenz wird durch den Kanal gesendet und erhöht dadurch dessen Temperatur, während der (Ga,Mn)As-Kontakt bei konstanter Temperatur im Helium-Bad bleibt. Aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen dem Heizungskanal und dem (Ga,Mn)As- Kontakt entsteht eine thermische (Seebeck-)Spannung, die wir als anisotrope Tunnelmagnetothermospannung bezeichnen (TAMT), ähnlich dem TAMR. TAMT wird mittels Lock-In-Technik bei der doppelten Frequenz des Heizstroms detektiert. Die Seebeck- Spannung wächst dabei linear mit der Temperaturdifferenz an, was auf das Vorliegen eines reinen Diffusionstransport-Regimes hinweist. Ein Beitrag des Gitters (Phonon-Drag) zur Thermospannung, der in der Regel stark nichtlinear von der Temperatur abhängt, wird nicht beobachtet. Der Wert des Seebeck-Koeffizienten des Übergangs bei 4.2 K wird auf 0.5 µV/K abgeschätzt. Das ist ein um drei Größenordnungen kleinerer Betrag als zuvor von [Pu 06] berichtet. Anschließend wird die thermische Spannung unter Einfluss eines äußeren Magnetfelds untersucht. Es zeigt sich, dass die Thermospannung eine Anisotropie mit der Magnetisierungsrichtung aufweist. Diese Anisotropie wird mit den bekannten Eigenschaften des (Ga,Mn)As-Kontakts erläutert. Ferner werden Schaltvorgänge in der Thermospannung detektiert, wenn das Magnetfeld von negativen zu positiven Werten geändert wird. Die Schaltvorgänge erinnern an die Signale eines Spin-Ventils. Dieses Verhalten ist vergleichbar mit den Ergebnissen aus früheren Experimenten an Spininjektion mithilfe eines (Ga,Mn)As-Kontakts in nicht-lokaler Messgeometrie. Dies betont die Bedeutung der thermoelektrischen Effekte und deren mögliche Auswirkungen auf die Spininjektions-Messungen. Ein Polardiagramm der gesammelten Schaltfelder für verschiedene Magnetisierungswinkel zeigt eine zweiachsige Anisotropie und ähnelt früheren TAMR-Messungen an (Ga,Mn)As-Tunnelbarrieren. Ein einfaches Modell wird zur Beschreibung und Abschätzung der erwarteten Thermospannung am untersuchten Übergang eingeführt. Eine gute Übereinstimmung des Modells mit den experimentellen Ergebnissen ist evident. Der Nernst-Effekt an einem (Ga,Mn)As/GaAs-Kontakt wird im vierten Kapitel untersucht. Hierfür wird eine Modifizierung der Proben-Geometrie vorgenommen. Anstelle des einzelnen Kontakts oberhalb der Übergangsregion werden vier kleine Kontakte hergestellt. Die Temperaturdifferenz wird wiederum mittels Heizkanal gewährleistet. Das Magnetfeld ist parallel zur Probenoberfläche orientiert. Zwischen sich gegenüberliegenden Kontakten wird eine Spannungsdifferenz bei 2f detektiert. Es stellt sich heraus, dass eine Kosinus- Funktion, mit dem Winkel zwischen der Magnetisierung und der [100]-Kristallrichtung der (Ga,Mn)As Schicht als Parameter, das gemessene Signal gut beschreibt. Dieses wird auf den anormalen Nernst-Effekt (ANE) des ferromagnetischen Kontakts zurückgeführt. Die Symmetrie des ANE unterscheidet sich von der des Seebeck- Effekts des Übergangs. Im Temperaturintervall, in dem die Thermo-Spannung untersucht wurde, zeigt auch der ANE-Koeffizient lineares Verhalten mit der Temperaturdifferenz (∆T). Für größere ∆T jedoch zeigt sich eine nichtlineare Abhängigkeit. Der ermittelte ANE Koeffizient ist um mehrere Größenordnungen kleiner als jeder andere veröffentlichte Wert. Sowohl die Temperaturabhängikeit als auch die Größe des ANE bedürfen weiterer Untersuchungen. Wird das Feld von positiven zu negativen Werten gefahren, zeigen sich Schaltvorgänge im Nernst Signal. Diese Schaltvorgänge stehen im Zusammenhang mit den Schaltfeldern des ferromagnetischen (Ga,Mn)As. Normalerweise existieren bei TAMR oder AMR Messungen zwei Zustände, einer mit geringem und einer mit hohem Widerstand. Das gemessene Nernst Signal dagegen zeigt drei Zustände - hohe, mittlere und geringe Thermomagnetische Spannung. Dieses Verhalten ist nicht nur von der Magnetisierung, sondern auch von der Charakteristik der Nernst-Geometrie beeinflusst. Kapitel 5 fasst die wichtigsten Erkenntnisse dieser Arbeit zusammen und gibt einen Ausblick auf zukünftige Arbeiten und Experimente.

Die elektronischen Bauteile, die aus unserer technischen Welt kaum wegzuddenken sind, werden immer kleiner. Aktuelle ICs bestehen zum Beispiel aus Milliarden von Transistoren, von denen jeder einzelne kleiner als 100nm (dem 100-stel des typischen Durchmessers eines Menschenhaars) ist. Dass die Entwicklung auch zukünftig weiter dem Trend des Mooreschen Gesetzes folgen wird, gilt hierbei als unbestritten. Die interessanteste Fragestellung der Halbleiter- und Nanostrukturforschung in diesem Zusammenhang ist: Kann man die weitere Entwicklung der Informations- und Kommunikationstechnik dadurch erreichen, dass man die Miniaturisierung der Transistoren in Mikroprozessoren und Speicherbauelementen weiter vorantreibt oder ist man auf gänzlich neue Wege angewiesen? Bei der weitergehenden Miniaturisierung ist die größte Hürde darin zu suchen, ob man in der Lage sein wird die Verbrauchsleistung dieser Bauelemente weiter zu reduzieren, um die Überhitzung der Bauteile in den Griff zu bekommen und nicht zuletzt auch, um Energie zu sparen. Die heutige Elektronik hat ihre Grundlagen in den 60er Jahren. Diese Art der Elektronik ist jedoch hinsichtlich der Effizienzsteigerungen und vor allem der Wärmeentwicklung an ihre Grenzen gestoßen. Hauptursache für diese problematische Wärmeentwicklung sind die elektrischen Verbindungen, die die Informationen zwischen der halbleiterbasierten Datenverarbeitung und den metallischen Speicherelementen hin und hertransportieren. Obwohl diese elektrischen Verbindungen zum aktuellen Zeitpunkt aus der Computerarchitektur nicht weg zu denken sind, ist es eines der Hauptziele diese Verbindungen nicht mehr verwenden zu müssen. Dies kann jedoch nur erreicht werden, wenn es gelingt, die Speicherelemente und Datenverarbeitung in einem einzigen Element (Halbleiter) zu vereinen. Bisher wurde die Ladung eines Elektrons für die Verarbeitung von elektrischen Informationen bzw. Zuständen benutzt. Was wäre jedoch, wenn man diese bisherige Basis völlig ändert? Der Spin der Elektronen ist ein viel effektiverer Informationsträger als die Ladung der Elektronen selbst, nicht zuletzt deshalb, weil die Veränderung des Spins eines Elektrons im Vergleich zu dessen Bewegung einen weitaus geringeren Energiebetrag benötigt [1]. Die Technik, die zusätzlich zur Informationsverarbeitung durch makroskopische Elektronenströme den viel effektiveren Spin-Quantenzustand der Elektronen oder Löcher als Freiheitsgrad nutzt, ist die sogenannte Spintronik1. Die Spinfreiheitsgrade eröffnen, wegen der längeren Phasenkohärenzlänge, im Vergleich zu den orbitalen Freiheitsgraden, völlig neue Wege für zukünftige Entwicklungen wie z.B. den Quantencomputer. Damit wäre die Entwicklung niederenergetischer Bauelemente möglich, die fast keine Wärmeentwicklung aufweisen. Wegen dieser vielen Vorteile hat sich die Spintronik in Rekordzeit von einer interessanten wissenschaftlichen Beobachtung in Rekordzeit zu einer marktbewegenden Anwendung weiterentwickelt (Nobelpreis 2007). Seinen Anfang nahm diese Entwicklung 1988 mit der Entdeckung des GMR-Effekts. Nach nur 9 Jahren wurden 1997 erste Festplatten-Leseköpfe eingesetzt, die sich diesen Effekt zu Nutze machten. Leseköpfe, die den Riesenmagnetwiderstand nutzen, waren nunmehr um ein Vielfaches empfindlicher als es die konventionelle Technik zugelassen hätte. Die Speicherdichte und damit die Kapazitäten der Festplatten konnte somit erheblich gesteigert und Festplatten mit zuvor nie gekannter Speicherkapazität preiswert produziert werden. Seit dieser Zeit rückt der Elektronenspin immer weiter in den Brennpunkt von Forschung und Entwicklung. Da sich der elektrische Widerstand von Halbleitern in einem weiten Bereich manipulieren lässt (was für ferromagnetische Metalle nicht der Fall ist), werden logische Bauelemente aus halbleitenden Materialien hergestellt. Im Gegensatz dazu sind ferromagnetische Metalle sehr gute Kandidaten für die Speicherung von Informationen. Dies liegt vor allem daran, dass zufällige Magnetfelder viel schwächer sind, als zufällige elektrische Felder, was ferromagnetische Systeme wesentlich unanfälliger macht. Daher sind die magnetischen Speicher nicht flüchtig und zudem müssen deren Informationsgehalte nicht wie bei DRAM immer wieder aufgefrischt werden. Um die jeweiligen Vorteile der Materialklassen – die magnetisch energiesparende sowie dauerhafte Speicherfähigkeit der Metalle und die logischen Operationen der Halbleiter – miteinander kombinieren zu können und damit neuartige Bauelemente wie z.B. MRAMs (logische Operationen und dauerhafte Speicherung) zu bauen, sind ferromagnetischen Halbleiter unverzichtbar. Auf dieser Basis könnten Speicherelemente und Datenverarbeitung in einem einzigen Element (Halbleiter) dargestellt werden. Zugleich braucht man aber auch neue Wege, um diese Speicher zu magnetisieren und später auslesen zu können. Ein weiterer Vorteil liegt zudem darin, dass hierzu kein Einsatz beweglicher Teile notwendig ist. Die Magnetisierungskontrolle muss aber temperaturunabhängig sein! Der am besten erforschte ferromagnetische Halbleiter ist (Ga,Mn)As, der deswegen die Modellrolle einnimmt und als Prototyp für alle ferromagnetischen Halbleiter dient. Die Kopplung seiner magnetischen und halbleitenden Eigenschaften durch Spin-Bahn-Wechselwirkung ist die Ursache vieler neuer Transportphänomene in diesem Materialsystem. Diese Phänomene sind vielfach die Grundlage für neuartige Anwendungen, Bauteildesigns und Wirkprinzipien. Das Ziel dieser Arbeit ist es, die interessanten Anisotropien in (Ga,Mn)As, die von der sehr starken Spin-Bahn-Kopplung im Valenzband herrühren zu nutzen, sowie neue spinbezogene Effekte in verschiedenen magnetischen Bauelementen zu realisieren. Die vorliegende Arbeit gliedert sich wie folgt: In Kapitel 1 wird auf die grundlegenden Eigenschaften des (Ga,Mn)As und einige neuartige Spineffekten, die dieses Material mit sich bringt, eingegangen. Das zur Erzeugung dieser Effekte notwendige fertigungstechnische Wissen, für die lithografische Erzeugung der spintronisch bzw. caloritronisch aktiven Nanostrukturen, wird im Kapitel 2 beschrieben. Um mit dieser Welt der Spineffekte „kommunizieren“ und die Effekte kontrollieren zu können, sind entsprechend angepasste und funktionsfähige Kontaktierungen notwendig. Mit der detaillierten Herstellung und Analyse dieser Kontakte beschäftigt sich das Kapitel 3. Es wurden zwei Arten von Kontakten hergestellt und bei den Proben eingesetzt: in situ (innerhalb der MBE-Wachstumskammer) und ex situ. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei der ex situ-Probenpräparation, die Reproduzierbarkeit der Kontakte, besonders bei logisch magnetischen Elementen, nicht gewährleistet werden konnte. Bei funktionierender Kontaktierung war das magnetische Verhalten dann jedoch stets gleich. Bei den in situ-Kontakten war zwar einerseits das elektrische Verhalten reproduzierbar und sehr gut, aber das magnetische Verhalten war nicht zufriedenstellend, da die Relaxation nicht vollständig stattfand. Im Rahmen dieser Arbeit konnten die ex situ-Kontakte optimiert werden. Dabei wurde auf die Problematiken bereits existierender Proben eingegangen und es wurden verschiedene Lösungsan sätze dafür gefunden. So konnte z.B. gezeigt werden, dass die Haftungsprobleme hauptsächlich auf dem unsaubere Oberflächen zurückzuführen sind. Jede Schicht, die zwischen aufgedampfter Metallschicht und dem dotierten Halbleiter bestehen bleibt, unabhängig davon, ob es sich dabei um eine oxidierte Schicht, Lackreste oder eine, zum Teil verarmte Schicht handelt, beeinträchtigt die Funktionalität der Kontakte. Je kleiner die Dimension der Kontakte, desto stärker wirkt sich die unsaubere Oberfläche aus. So konnte gezeigt werden, dass ab einer Größe von ca. 500nm_500nm die Zuverlässigkeit der Kontakte elementar von der Reinheit der Oberflächen und deren Homogenität beeinflusst wird. Zur Abwendung dieser Komplikationen werden verschiedene Lösungsansätze vorgeschlagen. Wird die Oberfläche mit hochenergetischen Ionen versetzt, verarmt deren Dotierung, was zu einer massiven Änderung der Leitfähigkeit führt. Daher wurden entweder völlig andere Prozessparameter zur Reinigung eingesetzt, die den dotierten HL nicht verarmen oder einer der nasschemischen Schritte wurde so angepasst, dass die extrem verarmte Schicht der HL-Oberfläche entfernt wurde. Die einfachsten spintronischen Bauelemente (Streifen) und magnetischen Logikelemente sowie deren Ergebnisse werden im Kapitel 4 diskutiert. Hier wurde eindeutig gezeigt, dass die Streifen bei niedrigen Stromdichten nicht völlig uniaxial sind, während bei erhöhten Stromdichten die Uniaxialität immer dominanter wird. Dies war jedoch zu erwarten, da bei erhöhten Stromdichten die Temperatur auch ansteigt und da, bei erhöhter Temperatur, die biaxiale Anisotropie mit M4, die uniaxiale aber jedoch nur mit M2 abfällt – die dominante Anisotropie wechselt folglich von biaxial zu uniaxial [2]. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Grundlagen gelegt, um Speicherelemente und Datenverarbeitung in einem einzigen Halbleiter (Ga,Mn)As herzustellen. Auf Basis dieser Arbeit und den dabei gewonnenen litographischen Erkentnissen wurden, in nachfolgenden Arbeiten, solche Bauelemente realisiert [3]. Spin-Kaloritronik: Wie schon Eingangs erwähnt, wird im Allgemeinen davon ausgegangen, dass die Miniaturisierung der zukünftigen Elektronik weitergeführt werden kann. Bei stetiger Verkleinerung der Strukturen kommt es in heutigen Anwendungen zu immer größeren Problemen bei der Wärmeabfuhr. Die Folgen der Temperaturdifferenzen innerhalb der Strukturen führen dabei zu sog. Hotspots oder sogar Materialschäden. Temperaturunterschiede müssen aber nicht nur negative Auswirkungen haben. So wurde an einem ferromagnetischen System aus Nickel, Eisen und Platin der sogenannte Spin-Seebeck-Effekt gemessen, bei dem die Elektronen in den Regionen verschiedener Temperatur unterschiedliche Spinpolarisationen zeigen [4]. Eine Batterie, die diesen spinpolarisierten Strom nutzt, könnte einen entscheidenden Fortschritt in der Spintronik bedeuten. Dieser Bereich der Forschung an thermoelektrischen Effekten, bei denen ferromagnetische Materialien involviert sind, wird auch „spin-caloritronics“ genannt [5]. Die Kapitel 5 und 6 beschäftigen sich mit einer neuartigen Klasse spintronischer Bauteile. whärend das Kapitel 5 sich mit einer neuartigen Klasse spintronischer Bauteile, für die von uns als Bezeichnung TAMT („tunnel anisotropic magneto thermopower“) eingeführt wurde, beschäftigt, wird in Kapitel 6 an einem veränderten Probenlayout der Nernst-Effekt nachgewiesen. Die Geometrie wurde in beiden fällen so gewählt und hergestellt, dass durch die Anisotropien des (Ga,Mn)As die beiden thermoelektrische Effekte (Seebeck- und Nernst-Effekt) auf einen n+-p+-Übergang übertragen werden konnten. Durch einen Strom, in einem mit Silizium hoch dotierten GaAs-Heizkanal, kann jeweils ein vertikaler Temperaturgradient erzeugt werden. Die hierbei entstehenden Thermospannungen wurden durch eine vollständige elektrische Charaktri sierungsmessung mit Hilfe präziser Lock-in-Verstärker-Technik detektiert. Das Kapitel 5 beschäftigt sich mit allen Bereichen, von der Idee bis hin zu Messungen und Analysen des Seebeck-Effektes an einem n-p-Übergang (TAMT). Außerdem ist ein sehr einfaches numerisches Modell dargestellt, dass den gefundenen Effekt theoretisch beschreibt. Durch die bekannten thermoelektrischen Effekte ergibt sich ein Temperaturgradient der immer zu einer Thermospannung und somit zu einem Thermostrom entlang des Gradienten führt. Für zukünftige Entwicklungen ist es demnach wichtig, diese Effekte zu beachten und diese bei elektrischen Messungen an Nanostrukturen als mögliche, zusätzliche Ursache eines Messsignals in Betracht zu ziehen. In den vorliegenden Proben ist der Seebeck-Effekt stark anisotrop, mit einem größeren Thermospannungswert für Magnetisierungen entlang der magnetisch harten Achsen des (Ga,Mn)As. Es wurde ein einfaches Model entwickelt, welches das Tunneln von Elektronen zwischen zwei unterschiedlich warmen Bereichen erklärt. Die Abhängigkeit des Effekts von der Temperatur des Heizkanals wurde anhand dieses Models sowohl qualitativ als auch größenordnungsmäßig korrekt beschrieben. Die Nernst-Proben wurden von der Theorie bis zur Herstellung so entwickelt, dass in derselben Anordnung eine im (Ga,Mn)As senkrecht zum Temperaturgradienten gerichtete Spannung zusätzlich gemessen werden konnte. Diese wurde durch den Nernst-Effekt erklärt. Besonders interessant war, dass die Größe der Nernst-Spannung hierbei mit der Magnetisierung im (Ga,Mn)As verknüpft ist und somit ein aus der typischen Magnetisierungsumkehr hervorgehendes Verhalten zeigt. Gegenüber den Magnetowiderstandseffekten entsteht beim Nernst-Effekt in sogenannten Fingerprints (vgl. Kapitel 1.3.3) ein dreistufiges Farbmuster anstelle eines zweistufigen hoch-tief-Systems. Die entstehende Temperatur im Heizkanal wird jeweils durch eine longitudinale Widerstandsmessung in einem senkrecht zum Kanal gerichteten äußeren Magnetfeld bestimmt. Die Magnetfeldabhängigkeit des Widerstands kommt hierbei durch den Effekt der schwachen Lokalisierung in dünnen Filmen zustande. Zusammenfassend stellen die Magneto-Thermoelektrizitätseffekte eine wichtige weitere Transporteigenschaft in ferromagnetischen Halbleitern dar, die mit der Magnetisierung direkt zusammenhängen. In dieser Arbeit wurden Thermospannungen an (Ga,Mn)As-Schichten mit vergleichsweise hoher Mangankonzentration untersucht. Allerdings sind die Thermoelektrizitätseigenschaften zusammen mit Magneto-Widerstandsmessungen in Zukunft in der Lage, zusätzliche Informationen über die Bandstruktur sowie die Ladungsträgereigenschaften in Materialsystemen mit niedrigerem Mangangehalt, insbesondere in der Nähe des Metall-Isolator-Übergangs, zu liefern. Inhalt des Anhangs ist eine ausführliche Anleitung zur Optimierung der Probenherstellung bzw. der verschiedenen Bauelemente. / It is impossible to imagine our world without electronic devices which are getting smaller. The current ICs are, for example, from more than a billion transistors, each one smaller than 100 nm. It is undisputed that this trend following Moore’s law will continue. The interesting question in semiconductor- and nanostructure technology is: Is miniaturization of transistors with the current base achievable or is a new way needed? With the continued miniaturization, the biggest challenge is to reduce the current used in These components in order to control the overheating in chips and to save energy. Today’s electronics have their origins in the 1960s. They, however, have reached their limitations with respect to efficiency and heat development. A main reason for problematic heat development are the electrical connections which transfer the information between semiconductor-based data processing und the metallic storage elements. For a long time the charge of an electron was used for the processing of electrical Information and states. What would happen if we changed this approach? The spin of an electron is a much more effective information carrier than the electron’s charge. This is due to the fact that the change of the spin of an electron needs much less energy than its movement (...)